電晶體-電晶體邏輯

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基于摩托罗拉 68000微处理器的计算机,在面包板上可看到各种TTL元件

電晶體-電晶體邏輯英语Transistor-Transistor Logic,缩写为TTL),是市面上较为常見且应用广泛的一种邏輯閘数字集成电路,由电阻器三极管而组成。TTL最早是由德州儀器所開發出來的,現雖有多家廠商製作,但編號命名還是以德州儀器所公佈的資料為主。其中最常見的為74系列

与TTL分庭抗禮的是CMOS,旧时两者相比较TTL主要是速度快,CMOS則是速度慢,但省電、成本比TTL低。隨着CMOS技術的進步,其反應速度已經超越TTL。而且CMOS內部不具有製作麻煩的電阻,所以TTL可說几乎沒有發展。目前TTL主要应用于教育或是較簡單的數位電路。

內部主要構成元件[编辑]

7400元件

TTL最主要是由N組電阻電晶體二極體構成的偏壓電路所組合出來,在線性放大器的角度來看就是數個CE(共射極)電路或是CC(共集極)電路所組成。當然這只是比喻並非實際,畢竟在數位邏輯的世界就是只有0跟1,也就是關或開。

74系列與54系列[编辑]

7400电路图

74系列为民用品,可工作於商用溫度範圍(0至70度C),是一般TTL邏輯電路中最常見的系列,在數位邏輯或是微處理機的相關課程更是少不了它們的存在。

54系列为军用品,可工作於軍用溫度範圍(-55至125度C),用於具有特殊工作需求的地方。

74系列TTL IC的分類如下:

以內部結構區分[编辑]

  • 標準型
結構跟構成的材料最簡單,相對的特性也是不理想,所以此類型已經被淘汰多時。無英文簡寫,範例:7400。
  • 早期的低功率型與高速型
    • 低功率型,(英文 Low Power簡寫「L」),耗電低,但速度慢。範例:74L00。
    • 高速型,(英文 High Speed簡寫「H」),速度較快,輸出較強,但耗電高。範例:74H00。
由於 S 型耗電與 H 型相近,但速度極快。 LS 型的耗電與 L 型相近,但速度卻快很多,甚至比 H 型還快。 因此 L 型與 H 型很快就退出市場。
  • 蕭特基(Schottky)
除了電阻器一樣是做控流跟偏壓用途,蕭特基型最主要是採用蕭特基二極體蕭特基電晶體,改善切換速度。在市面上跟教育單位非常普及,特性也很不錯,常常被用來搭配Intel 8051使用。LS型逐漸成為TTL中的主流。
  • 蕭特基型(英文 Schottky Logic,簡寫「S」),範例:74S00。
  • 高級蕭特基型(英文 Advanced Schottky Logic,簡寫「AS」),範例:74AS00。
  • 低功率蕭特基型(英文 Low Power Schottky Logic,簡寫「LS」),範例:74LS00。
  • 高級低功率蕭特基型(英文 Advanced Low Power Schottky Logic,簡寫「ALS」),範例:74ALS00。
  • 快速(英文Fast,簡寫「F」)
快速型是有別於蕭特基型所另外發展的高速TTL,範例:74F00。
  • CMOS(英语Complementary Metal Oxide Semiconductor
雖然此類型的編號與接腳規格跟TTL一樣,但內部的實際結構是CMOS,而不是TTL所使用的接面電晶體。此系列具有CMOS的高輸入阻抗特性與低耗電,但工作電壓範圍有別於先前RCA所發展的40跟45系列的CMOS邏輯IC。除早期的C系列外,此類CMOS的運作速度非常快。
  • CMOS,英文簡寫「C」,範例:74C00。
  • 高級CMOS(英文 Advanced CMOS Logic,簡寫「AC」),範例:74AC00。
  • 高速CMOS(英文 High Speed CMOS Logic,簡寫「HC」),範例:74HC00。
  • 高級高速CMOS(英文 Advanced High Speed CMOS Logic,簡寫「AHC」),範例:74AHC00。

TTL各系列典型消耗功率與傳輸延遲的比較[编辑]

系列 型號 特徴 消耗電力(mW/Gate) 傳輸延遅 tpd(nsec)
標準TTL 74 1962年商品化初期的標準品 10 10
低功率TTL 74L 初期的低消耗電力產品。但速度慢。 1 35
高速TTL 74H 初期的高速暨高輸出TTL。但消耗電力大。 20 6
蕭特基TTL 74S 使用蕭特基二極體與蕭特基電晶體的高速TTL 20 3
低功率蕭特基TTL 74LS 1970年代後半至80年代前半的主流TTL 2 10
先進(Advanced)LS-TTL 74ALS 1980年代中期推出的LS-TTL改良品 1 4
先進(Advanced)S-TTL 74AS 1980年代中期推出的S-TTL改良品 20 1.5
快速型FAST 74F 1980年代中期由Fairchild公司發售的高速蕭特基TTL 4 2.5

以輸出型態分類[编辑]

  • 圖騰式輸出(Totem-pole Output)
大部分74系列的組合邏輯IC,都是採用圖騰式輸出。此種輸出可以輸出高電位與低電位。被稱為圖騰式則是因為電路形式像圖騰一樣配置。
  • 開集極式輸出(Open Collector,簡稱O.C.)

此種輸出不能輸出高電位,輸出只有開路與低電位兩種狀態。

可以承受較高的電壓或與不同工作電壓的電路連接。 有時開集極式輸出可用來應付比較重的負載(例繼電器)。
可以允許多個開集極式邏輯輸出進行並聯,作為Wired-AND使用。圖騰式的邏輯閘輸出不能並聯連接。
  • 三態式輸出(Tri-state或3-state)
在數位電路除了0跟1以外,另一種狀態則是高阻抗,高阻抗對電路來說即是斷路。主要是用於匯流排(bus)等。
  • 史密特觸發型輸入(Schmitt Trigger)
此類型邏輯閘具有所謂的遲滯電壓,不易因為輸入在0/1交界電壓附近的小幅變化而產生輸出跳動,主要用途是抗雜訊、消除機械式接點的彈跳(暫態)現象,也可用來做RC振盪器等。

代表性IC[编辑]

TTL電壓準位[编辑]

使用標準供電電壓5V的TTL電壓準位規範[编辑]

  • 輸入電壓準位
    • Hi輸入電壓:2.2V以上
    • Low輸入電壓:0.8V以下
  • 輸出電壓準位
    • Hi輸出電壓:2.6V以上
    • Low輸出電壓:0.4V以下
  • 由以上規範可以算出:前一級輸出至次一級輸入電壓準位間,可以容忍的雜訊邊際電壓是0.4V。

使用注意事項[编辑]

  1. 避免在帶有靜電的情況下接觸IC
  2. TTL的電源電壓要5V,建議最低不低於4.75V,最高不高於5.25V
  3. 若輸入端空接,邏輯閘會把輸入端視為HI的狀態
  4. 注意第一隻腳的位置,以免錯接
  5. 若某一邏輯閘的輸出要並接許多負載或是邏輯閘,最好先裝緩衝器或是提升電阻,以免發生負載效應

相關[编辑]